JP2021502697A - Non-linear capacitors and energy storage devices containing them - Google Patents

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Abstract

本明細書は、第一電極、第二電極及び前記第一電極と前記第二電極との間に配置される誘電層含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。コンデンサの容量Cと電極間の電圧との間の関係が、電圧Vが不等式0<V≦Vmaxを満たす場合、単調増加する多項式の従属(I)により特徴づけられ、電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、指数iは2〜mの範囲である場合、少なくとも一つの係数Ciは0ではなく、mは2、3、4、5、又は6である。The present specification provides a first electrode, a second electrode, and a non-linear capacitor including a dielectric layer arranged between the first electrode and the second electrode. The dielectric layer comprises at least one organic compound having at least one electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core selected from copolymers, homopolymers, Sharp polymers, NLSD compounds and combinations thereof. The relationship between the capacitance C of the capacitor and the voltage between the electrodes is characterized by a monotonically increasing polynomial dependency (I) when the voltage V satisfies the inequality 0 <V≤Vmax, where the voltage Vmax is the insulation voltage Vbd If the maximum working voltage does not exceed 2 and is selected for safety reasons and the index i is in the range 2 to m, then at least one coefficient Ci is not 0 and m is 2, 3, 4, 5, or. It is 6.

Description

本発明は、電気回路のパッシブ部品に一般的に関し、特に、非線形コンデンサ及びそれを含むエネルギー貯蔵装置に関する。 The present invention relates generally to passive components of electrical circuits, and particularly to non-linear capacitors and energy storage devices including them.

エネルギー貯蔵は、多くの種類の電子デバイス、特にモバイルデバイス並びに電気及びハイブリッドガス−電気車両(本明細書内で「ハイブリッド車両」ともいう)などの、車両の極めて重大な部品である。エネルギー貯蔵装置は、様々な物理的効果に基づき得る。例えば、電場は、コンデンサ中のエネルギーの貯蔵に使用され得、(イオン運動に関する)化学反応が、電池中のエネルギー貯蔵に使用され得る。しかしながら、コンデンサ中のエネルギー貯蔵は、現在のデバイス(例えば、制限された表面積を有する、2−Dコンデンサプレート)の形状、及び低い誘電率又は低い誘電絶縁電圧によって制限され、電池は、電気化学反応に固有の比較的遅いイオン運動により、遅い応答時間を有し得る。 Energy storage is a crucial component of many types of electronic devices, especially mobile devices and vehicles, such as electric and hybrid gas-electric vehicles (also referred to herein as "hybrid vehicles"). Energy storage devices can be based on various physical effects. For example, an electric field can be used to store energy in a capacitor, and a chemical reaction (with respect to ionic motion) can be used to store energy in a battery. However, energy storage in capacitors is limited by the shape of current devices (eg, 2-D capacitor plates with limited surface area) and low dielectric constant or low dielectric insulation voltage, and batteries are electrochemically reacted. Due to the relatively slow ion motion inherent in, it can have a slow response time.

現在の電池に関する制限が存在する。例えば、現在の電池は、イオンの電気化学反応に由来する比較的低い電圧(<5V)による低い貯蔵密度を有し得る。加えて、現在の電池中のイオンの低い運動性が、低い充電及び放電特性を招き得る。更に、イオン輸送への現在の電池の依存は、電池の高い分解速度を引き起こす。ハイブリッド又は電気車両などの、電池から電気供給されるデバイスの性能は、そのような車両に使用される電池の重量に対して貯蔵される低いエネルギーによって制限され得る。 There are restrictions on current batteries. For example, current batteries can have low storage densities due to relatively low voltage (<5V) resulting from the electrochemical reaction of ions. In addition, the low motility of ions in current batteries can lead to poor charge and discharge characteristics. Moreover, the current dependence of batteries on ion transport causes high battery decomposition rates. The performance of battery-powered devices, such as hybrid or electric vehicles, can be limited by the low energy stored relative to the weight of the batteries used in such vehicles.

誘電材料の重要な特性は、その誘電体の誘電率である。誘電材料の色々な種類は、コンデンサに使用され、セラミックス、ポリマーフィルム、紙及び様々な種類の電解コンデンサを含む。最も広く使用されるポリマーフィルム材料は、ポリプロピレン及びポリエステルである。誘電体の誘電率増加は、体積エネルギー密度増加を可能にし、重要な技術課題になる。 An important property of a dielectric material is the permittivity of the dielectric. Various types of dielectric materials are used in capacitors, including ceramics, polymer films, paper and various types of electrolytic capacitors. The most widely used polymer film materials are polypropylene and polyester. Increasing the permittivity of the dielectric makes it possible to increase the volumetric energy density, which is an important technical issue.

有機分子の二次非線形光学(NLO)効果は、無機結晶を超えるそれらの利点が広く調査されてきた。特性研究は、例えば、それらの大きな光学非線形性、超速応答速度、高い損傷基準及び低い吸収損失などを含む。特に、優れた光学特性を有する有機薄膜は、光学スイッチング、データ操作及び情報処理などの集積光学において、驚異的な潜在能力を有する。有機NLO分子のうち、アゾ染料発色団は、p−電子雲の非局在化による比較的大分子の超分極率(b)のため、多くの研究者の特別な興味を引いている。それらは、過去十年にわたり、最も頻繁に、ポリマーのマトリクス(ゲスト−ホストポリマー)においてゲストとして合体されるか、又はポリマーのマトリクス(機能化ポリマー)へグラフトされた。 The second-order nonlinear optical (NLO) effects of organic molecules have been widely investigated for their advantages over inorganic crystals. Property studies include, for example, their large optical non-linearity, ultrafast response speed, high damage criteria and low absorption loss. In particular, organic thin films with excellent optical properties have tremendous potential in integrated optics such as optical switching, data manipulation and information processing. Among the organic NLO molecules, the azo dye chromophore has attracted the special interest of many researchers because of the hyperpolarizability (b) of relatively large molecules due to the delocalization of the p-electron cloud. Over the last decade, they have most often merged as guests in a polymer matrix (guest-host polymer) or grafted onto a polymer matrix (functionalized polymer).

有機化合物の超電子分極は、Roger D. Hartman 及び Herbert A Pohlによる「高分子固体における超電子分極」Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968) において、より詳細に記載されている。超電子分極は、励起子の電荷対との柔軟な相互作用による電子分極外部場として観察されてもよく、電荷は分子的に分離され、分子的に制限されるドメインに分布する。本文献において、4つのポリアセンキノンラジカルポリマーが調査された。これらのポリマーは、100Hzで誘電率1800−2400を有し、100000Hzにおいて約58−100に減少する。記載される材料の生産方法の本質的な欠点は、誘電率の測定を対象とするサンプルを形成するため、高い圧力(最大20kbar)を使用することである。 The superelectron polarization of organic compounds is described in "Superelectron Polarization in Polymer Solids" by Roger D. Hartman and Herbert A Pohl in the Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968). It is described in detail. Superelectron polarization may be observed as an electron polarization external field due to the flexible interaction of excitons with charge pairs, where the charges are molecularly separated and distributed in a molecularly restricted domain. In this document, four polyacenoquinone radical polymers were investigated. These polymers have a dielectric constant of 1800-2400 at 100 Hz and are reduced to about 58-100 at 100,000 Hz. An essential drawback of the described material production methods is the use of high pressures (up to 20 kbar) to form samples for the measurement of permittivity.

2つのアゾ結合(3RM)を有する固定された基を含むメタクリレートとメチルメタクリレートとのコポリマーが調製され、それらの光で誘起された複屈折濃度及び速度が、X. Meng, A Natansohn 及び P. Rochonの「可逆な光学貯蔵に関するアゾポリマー:13.二つのアゾ結合を含有する固定された側鎖の光配向」Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677 - 2682, (1997) において研究された。11.6モル%のアゾ構造単位を有するコポリマーに関して0.11及び30.0モル%のアゾ構造単位を有するコポリマーに関して0.13の複屈折率が見いだされた;これはただ一つのアゾ基を有する発色団を含有する典型的なアゾホモポリマー、ポリ{4’−[2−(アクリロイロキシ)エチル]エチルアミノ}−4−ニトロアゾベンゼン[poly(DR1A)]において誘導される複屈折より高い。11.6モル%の3RMを含有するコポリマーに関するアゾ構造単位当たりの複屈折は、同様のアゾ含有量を有するDR1Aコポリマーに対して約5倍であり、これは、3RM(高い長さ/直径比)の固有の構造特性による。UV及び可視領域の両方のスペクトルにおける二色性が、全体の光で誘起される複屈折に寄与する。3RMコポリマーにおける誘導複屈折の速度は、poly(DR1A)より低く、複屈折安定性(91−96%の誘導複屈折が、書き込みレーザーが切られた後に維持される)は、poly(DR1A)(約80%)より優れる。良好な安定性及び遅い複屈折成長速度は、大きい側鎖のより低い運動性による。 Copolymers of methacrylates and methyl methacrylates containing fixed groups with two azo bonds (3RM) were prepared and their light-induced birefringence concentrations and velocities were determined by X. Meng, A Natansohn and P. Rochon. It was studied in "Azopolymers for reversible optical storage: 13. Photoorientation of fixed side chains containing two azo bonds", Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677-2682, (1997). Birefringence of 0.11 was found for copolymers with 11.6 mol% azo structural units and 0.13 for copolymers with 30.0 mol% azo structural units; it contained only one azo group. Higher than the birefringence induced in poly {4'-[2- (acryloyloxy) ethyl] ethylamino} -4-nitroazobenzene [poly (DR1A)], a typical azohomopolymer containing a chromophore. The birefringence per azo structural unit for a copolymer containing 11.6 mol% 3RM is about 5 times that of a DR1A copolymer with a similar azo content, which is 3RM (high length / diameter ratio). ) Due to the unique structural characteristics. Dichroism in both the UV and visible spectrum contributes to the birefringence induced by the entire light. The rate of induced birefringence in 3RM copolymers is lower than poly (DR1A), and the birefringence stability (91-96% induced birefringence is maintained after the writing laser is turned off) is poly (DR1A) ( Better than about 80%). Good stability and slow birefringence growth rate are due to the lower motility of the large side chains.

アルキルスペーサー及び様々な置換基単位を有するアゾベンゼン基を有する新しいポリマーが、VitaliySmokal、Oksana Krupka、Agnesa Sinugina、及びVladimir Syromyatnikovの「新しいプッシュ−プルアゾベンゼンポリマーの合成、特性、及び研究」Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014) において示された。アゾポリマーが2段階合成方法によって得られた。これは、メタクリルモノマーの調製及びそれらの高分子量化を含む。それらの光物理及び光化学特性が調査された。ポリマーは、lHNMR、IR、UV分光法によって、特徴づけられ、評価された。熱安定性は、DSC法によって特徴づけられた。合成されたポリマーは、110〜140℃の範囲のガラス転移温度を示した。 New polymers with alkyl spacers and azobenzene groups with various substituent units are Vitaliy Smokal, Oksana Krupka, Agnesa Sinugina, and Vladimir Syromyatnikov, "Synthesis, Properties, and Research of New Push-Pluazobenzene Polymers" Mol. Cryst. Liq . Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014). Azopolymers were obtained by a two-step synthetic method. This includes the preparation of methacrylic monomers and their high molecular weight. Their photophysical and photochemical properties were investigated. The polymer was characterized and evaluated by 1 HNMR, IR, UV spectroscopy. Thermal stability was characterized by the DSC method. The synthesized polymer exhibited a glass transition temperature in the range of 110-140 ° C.

3種のプッシュ−プル側鎖アゾベンゼンポリマーのスピン−蒸着薄膜の二次及び三次の非線形光学応答が、Hasnaa El Ouazzaniらの「新規のプッシュ−プルアゾベンゼンポリマーの二次及び三次非線形性」J. Phys. Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011)において、1064nmの基本波長において、30psレーザーパルスを使用した、第二及び第三高調波メーカーフリンジ法により調査された。測定は、様々な分極配置が利用されながら、フィルムのコロナポーリングによって発色団を整列させる前及び後で行われた。分子内で様々な電荷輸送に関する、系の構造の強い応答依存性が見いだされた。報告された発見は、既報の結果と比較される。 The secondary and tertiary nonlinear optical responses of the spin-deposited thin films of the three push-pull side chain azobenzene polymers are described in Hasnaa El Ouazzani et al., "Secondary and tertiary nonlinearity of novel push-pull azobenzene polymers" by J. Phys. In Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011), it was investigated by the second and third harmonic maker fringe methods using 30 ps laser pulses at a fundamental wavelength of 1064 nm. The measurements were made before and after aligning the chromophores by corona polling of the film, utilizing various polarization arrangements. A strong response dependence of the structure of the system was found for various charge transports within the molecule. Reported findings will be compared to previously reported results.

アゾベンゼン発色団で機能化された側鎖メタクリルポリマーの合成が、Oksana Krupkaらの「新規のアゾベンゼンポリマーの薄膜における電子−光学特性」CHEMISTRY &CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. 137 - 141, (2015) において詳細に記載される。薄膜吸収の可逆変化が、外部DC場印加の下、単色の、線形分極光でそれを照射する場合に、観察される。変化の量は、光分極とDC電場方向との間の角度に依存する。 The synthesis of side-chain methacrylic polymers functionalized with azobenzene chromophores is described by Oksana Krupka et al., "Electronic-optical properties of novel azobenzene polymers in thin films" CHEMISTRY & CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. , (2015), described in detail. A reversible change in thin film absorption is observed when irradiating it with monochromatic, linearly polarized light under the application of an external DC field. The amount of change depends on the angle between the photopolarization and the direction of the DC electric field.

米国特許出願15/043,247号U.S. Patent Application No. 15 / 043,247 米国特許出願15/449,587号U.S. Patent Application 15 / 449,587 米国特許出願15/710,587号U.S. Patent Application No. 15 / 710,587 米国特許出願15/469,126号U.S. Patent Application 15 / 469,126 米国特許出願15/090,509号U.S. Patent Application No. 15 / 090,509

Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968)Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968) Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677 - 2682, (1997)Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677 --2682, (1997) Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014)Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014) J. Phys. Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011)J. Phys. Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011) CHEMISTRY &CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. 137 - 141, (2015)CHEMISTRY & CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. 137 --141, (2015)

コンデンサベースのエネルギー貯蔵装置は、例えば電池の電気化学エネルギー貯蔵装置に対して、よく知られる利点を有することが知られる。しかしながら、コンデンサにベースの普通のエネルギー貯蔵装置は、電池の場合より、小さな体積又は重さであるいは低いエネルギー貯蔵コストでエネルギーをしばしば貯蔵せず、コンデンサを例えば電気自動車のいくつかの適用に実現不可能にする。電池と比較して、開示された固体状態のエネルギー貯蔵装置は、相当高い電気密度、すなわち充電/放電速度でエネルギーを貯蔵することを可能にし、ほとんど分解しない長い寿命を有し、数百、数千又は数百万回の充電及び放電(サイクル)を行うことができる。 Capacitor-based energy storage devices are known to have well-known advantages over, for example, battery electrochemical energy storage devices. However, ordinary energy storage devices based on capacitors often do not store energy in smaller volumes or weights or at lower energy storage costs than batteries, making capacitors unrealizable in some applications, such as electric vehicles. to enable. Compared to batteries, the disclosed solid-state energy storage devices allow energy to be stored at significantly higher electrical densities, ie charge / discharge rates, and have a long life with little decomposition, hundreds, numbers. It can be charged and discharged (cycled) thousands or millions of times.

本発明は、第一電極、第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置される誘電層を含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、Sharp(シャープ)ポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。コンデンサの容量Cと電極の間の電圧Vとの間の関係が、電圧Vが不等式0<V≦Vmaxを満たす場合、
の単調増加する多項式の従属により特徴づけられ、
電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、少なくとも一つの係数Ciは、2〜mの範囲のiの値に対して、0ではなく、mは2、3、4、5、又は6である。
The present invention provides a non-linear capacitor including a first electrode, a second electrode, and a dielectric layer arranged between the first electrode and the second electrode. The dielectric layer comprises at least one organic compound having at least one electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core selected from copolymers, homopolymers, Sharp polymers, NLSD compounds and combinations thereof. .. If the relationship between the capacitance C of the capacitor and the voltage V between the electrodes satisfies the inequality 0 <V ≤ V max , then the voltage V
Characterized by the monotonically increasing polynomial dependence of
The voltage V max is the maximum working voltage that does not exceed the insulation voltage V bd and is selected for safety reasons, where at least one coefficient C i is not 0 for a value in the range i 2 to m. , M is 2, 3, 4, 5, or 6.

別の態様において、本発明は、上記の電圧に対して容量がべき乗で従属する非線形コンデンサを含み、Vmax200ボルトからVmax1000ボルトの範囲の電圧でパワーエレクトロニクスを使用する、エネルギー貯蔵装置を提供する。いくつかの例において、エネルギー貯蔵装置は、1000ボルトより大きいVmaxで操作されてもよい。 In another aspect, the invention comprises an energy storage device comprising a non-linear capacitor whose capacitance is power dependent on the above voltage and using power electronics at voltages in the range V max 200 volts to V max 1000 volts. provide. In some examples, the energy storage device may be operated at a V max greater than 1000 volts.

参考文献の組み込み
本明細書内で言及されるすべての刊行物、特許、及び特許出願は、それぞれの刊行物、特許、又は特許出願が、具体的に独立して、参照して援用されることを示されるように、本明細書内で同じ程度に参照して援用される。
Incorporation of References All publications, patents, and patent applications referred to herein shall be incorporated by reference in their respective publications, patents, or patent applications, specifically independently. To the same extent incorporated herein by reference.

前記有機化合物は、2016年2月12日に出願された米国特許出願15/043,247号(Attorney Docket Number CSI-046)に一般記載されるSharpポリマー;2017年3月3日に出願された米国特許出願15/449,587号(Attorney Docket Number CSI-050B)、2017年9月9日に出願された米国特許出願15/710,587号(Attorney Docket Number CSI-050C)に一般記載されるYanliポリマー;2017年3月24日に出願された米国特許出願15/469,126号(Attorney Docket Number CSI-050)に一般記載される非線形誘電材料;2016年4月4日に出願された米国特許出願15/090,509号(Attorney Docket Number CSI-051)、2016年5月24日に出願された米国特許出願15/163,595号(Attorney Docket Number CSI-051B)に一般記載される電気的に分極可能な化合物を組みこんでもよく、参照して援用され、それらは、典型的な複合体の分極可能な有機化合物を記載し、本明細書内で電気的に分極可能な芳香族多環共役コアとして参照される。 The organic compound is described in US Patent Application No. 15 / 043,247 (Attorney Docket Number CSI-046), filed February 12, 2016; Sharp Polymer; filed March 3, 2017. Generally described in US Patent Application No. 15 / 449,587 (Attorney Docket Number CSI-050B) and US Patent Application No. 15 / 710,587 (Attorney Docket Number CSI-050C) filed on September 9, 2017. Yanli Polymer; Non-linear dielectric material generally described in US Patent Application 15 / 469,126 (Attorney Docket Number CSI-050) filed March 24, 2017; US filed April 4, 2016. Electricity generally described in Patent Application 15 / 090,509 (Attorney Docket Number CSI-051) and US Patent Application 15 / 163,595 (Attorney Docket Number CSI-051B) filed May 24, 2016. Patentably polarizable compounds may be incorporated and incorporated by reference, which describe the polarizable organic compounds of a typical complex and are electrically polarizable aromatics throughout the specification. Referenced as a ring-conjugated core.

本発明のより完全な評価及びその利点が、同じことが下記詳細な記載を参照してより理解されるように、説明のすべてが、本発明の一部を形成する、添付の図と詳細な説明とのつながりを考慮して、容易に達成されるだろう。本発明の実施態様は、例示のみの目的で、下記図に示される:
コンデンサの電極上の電荷Qと電極に印加される電圧Vとの間の関係を図式化して示す。 平坦及び平面の電極で開示されるコンデンサを図式化して示す。 巻いた(丸い)電極で開示されるコンデンサを図式化して示す。 コンデンサの電極上の電荷Qが、どのように非線形コンデンサ(F)及び線形コンデンサ(D)の電極に印加される電圧に依存するかを図式的に示す。 本発明の記載の態様によるエネルギー貯蔵装置を利用するエネルギー貯蔵電池を図式的に示す。 本発明の記載の代替態様による二つ以上のネットワーク化されたエネルギー貯蔵電池を有する容量性のエネルギー貯蔵モジュールの例を示す。 本発明の記載の代替態様による二つ以上のエネルギー貯蔵ネットワーク化されたモジュールを有する容量性のエネルギー貯蔵システムの例を示す。
All of the description forms part of the invention, with the accompanying figures and details, so that the more complete evaluation of the invention and its advantages can be better understood with reference to the detailed description below. It will be easily achieved, considering the connection with the explanation. Embodiments of the present invention are shown in the figure below for illustrative purposes only:
The relationship between the charge Q on the electrode of the capacitor and the voltage V applied to the electrode is shown graphically. The capacitors disclosed in flat and flat electrodes are shown graphically. The capacitors disclosed in the wound (round) electrodes are shown graphically. It is schematically shown how the charge Q on the electrode of the capacitor depends on the voltage applied to the electrodes of the nonlinear capacitor (F) and the linear capacitor (D). An energy storage battery using the energy storage device according to the aspect described in the present invention is shown graphically. An example of a capacitive energy storage module having two or more networked energy storage batteries according to an alternative embodiment described in the present invention is shown. An example of a capacitive energy storage system having two or more energy storage networked modules according to an alternative embodiment described in the present invention is shown.

本発明の様々な実施態様が、本明細書内で示され及び記載されるが、そのような実施態様は、単に例示のみの目的で提供されることが当業者には明らかであるだろう。多くの変動、変化及び置換が、本発明から逸脱せずに当業者にとって起こってもよい。本明細書内で記載される発明の実施態様に様々な代替が使用されてもよいことが理解されるべきである。 Although various embodiments of the present invention are shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided for purposes of illustration only. Many variations, changes and substitutions may occur for those skilled in the art without departing from the present invention. It should be understood that various alternatives may be used in the embodiments of the invention described herein.

本発明は、上記の非線形コンデンサを提供する。非線形コンデンサの一実施態様において、使用電圧の範囲は、VintからVmaxであり、Vintは、従属Q(V)=C(V)・VがV=Vmaxとなる点での接線である直線と、横軸との交点によって決定され、Vmax及びVintとの間の差は、下記比によって定義される。
The present invention provides the above-mentioned nonlinear capacitor. In one embodiment of a non-linear capacitor, the working voltage range is from V int to V max , where V int is the tangent at the point where the dependent Q (V) = C (V) · V is V = V max. Determined by the intersection of a straight line with the horizontal axis, the difference between V max and V int is defined by the ratio below.

本発明の別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、双極子及びπ−π相互作用により互いに作用し、分子スタックを形成し、有機化合物が、ポリマー骨格又は共役Sharp及びNLSD分子化合物に結合されるアルキル尾部置換基を更に含む。アルキル尾部置換基は、疎水性相互作用により、互いに作用し、分子スタックを取り巻いて分離する覆いも形成し、有機化合物の溶解性を提供し、コンデンサの電極に印加される使用電圧での誘電層の電子なだれ絶縁を起きないようにする。本発明の更なる別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアは、リンカー基と結合したベンゼン環を含み、下記構造式によって記載される:
ここで、Lは−N=N−、−CC−(アルキン)、及び−C=C−から選択されるリンカー基であり、n=0、1、2、3、4、5及び6である。本発明の更なる別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアは、末端及び/又は側(横)面に位置する求電子基(アクセプター)及び/又は求核基(ドナー)を更に含む。求電子基(アクセプター)は、−NO、−NH +、及び−NRR’R”(四級窒素塩)、カウンターイオンCl又はBr、−CHO(アルデヒド)、−CRO(ケト基)、−SOH(スルホン酸)、−SOR(スルホネート)、−SONH(スルホンアミド)、−COOH(カルボン酸)、−COOR(エステル、カルボン酸側から)、−COCl(カルボン酸塩化物)、−CONH(アミド、カルボン酸側から)、−CF、−CCl、並びに−CNから選択され、Rは、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど)、アリル(−CH−CH=CH)、ベンジル(−CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)及び他のアリール(芳香族)基を含むリストから選択される基であり、R’及びR”はR基のリストから独立に選択される。求核基(ドナー)は、−O(−ONa又は−OKなどのフェノキシド)、−NH、−NHR、−NR、−OH、OR(エーテル)、−NHCOR(アミド、アミン側から)、−OCOR(エステル、アルコール側から)、アルキル、−CH、ビニル、及びNRR’から選択され、R及びR’は、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど)、アリル(−CH−CH=CH)、ベンジル(−CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)及び他のアリール(芳香族)基を含むリストから独立に選択される基である。
In another embodiment of the invention, electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated cores interact with each other by dipole and π-π interactions to form a molecular stack, where the organic compound is a polymer backbone or conjugated. It further contains an alkyl tail substituent attached to Sharp and NLSD molecular compounds. The alkyl tail substituents also interact by hydrophobic interactions to form a covering that surrounds and separates the molecular stack, providing solubility of the organic compound and a dielectric layer at the working voltage applied to the electrodes of the capacitor. Prevents electron avalanche insulation. In yet another embodiment of the invention, the electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core comprises a benzene ring attached to a linker group and is described by the following structural formula:
Here, L is a linker group selected from −N = N−, −CC− (alkyne), and −C = C−, and n = 0, 1, 2, 3, 4, 5 and 6. .. In yet another embodiment of the invention, the electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core is an electrophilic group (acceptor) and / or a nucleophilic group (acceptor) located at the terminal and / or side (lateral) plane. Donors) are further included. Electrophilic group (acceptor) is, -NO 2, -NH 3 +, and -NRR'R "(quaternary nitrogen salts), the counter ion Cl - or Br -, -CHO (aldehyde), - CRO (keto group) , -SO 3 H (sulfonic acid), -SO 3 R (sulfonate), -SO 2 NH 2 (sulfonamide), -COOH (carboxylic acid), -COOR (ester, from the carboxylic acid side), -COCl (carboxylic acid) Selected from-CONH 2 (from the amide, carboxylic acid side), -CF 3 , -CCl 3 , and -CN, R is alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl). Etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) group, phenyl (+ substituted phenyl) and other aryl (aromatic) groups selected from the list. And R'and R'are selected independently from the list of R groups. Nucleophile (donor) is, -O - (phenoxide such -ONa or -OK), - NH 2, -NHR , -NR 2, -OH, OR ( ether), - NHCOR (amide, amine side) , -OCOR (esters, alcohols side) alkyl, -C 6 H 5, 'is selected from, R and R' vinyl, and NRR are alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert- butyl, neopentyl, cyclohexyl ), Allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) group, phenyl (+ substituted phenyl) and other aryl (aromatic) groups selected independently from the list. It is a group.

芳香族多環共役分子中に求電子基(アクセプター)及び求核基(ドナー)が存在することは、共役分子中の電気密度の非均一分布:一つの場所(ドナー領域)における電子の余剰及び他の場所(アクセプター領域)における電子の欠乏:を促進させる。共役分子に伴った電気密度の非均一分布における外部電場の影響は、誘導分極Pindを導く。一般的な場合において、誘導分極は、局所電場Elocの強度の非線形機能である。弱い非線形の想定において、局所電場の強度の一連の程度に誘導される分極のいくつかの分解条件により、誘導分極Pindを近似することが可能である。そのような場合において、(例えば分子の)環境の誘導された分極は下記式において記載され得る:
ここでαは線形分極率、βは平方分極率である。電場の小ささの想定が、常には正しくないが、それでもなお、α及びβのパラメーターは、本発明の化合物の分極率の性質の分析に使用されてもよい。本発明において、記載された化合物の誘導分極における増加の方法、従って、線形分極率α及び平方分極率βの増加の方法が主に注目される。そのような注目は、双極子、四極子電気モーメント定数が、そのような共役分子の自己組織化で、相互に中和されることによって引き起こされる。分析は、分子中の平均電気密度の大きさに依存し、非線形分極率は、電気密度の不均質の大きさに依存する。電子ドナー及びアクセプター基の非中心対称性の配向が、電場の存在下で化合物の電気的な分極の強い非線形応答を導き得ることも示される。線形分極率α及び平方分極率βへの化学構造の影響は表1に示される。
The presence of electrophilic groups (acceptors) and nucleophilic groups (donors) in aromatic polycyclic conjugated molecules means that the non-uniform distribution of electrical density in the conjugated molecules: electron surplus and electron surplus in one place (donor region). Deficiency of electrons in other places (acceptor region): promotes. The effect of the external electric field on the non-uniform distribution of electrical densities associated with conjugated molecules leads to inductive polarization Pind . In the general case, inductive polarization is a non-linear function of the intensity of the local electric field E loc . In the weak nonlinear assumption, it is possible to approximate the induced polarization Pind by some decomposition conditions of the polarization induced by a series of degrees of local electric field intensity. In such cases, the induced polarization of the environment (eg, of the molecule) can be described by the following equation:
Here, α is a linear polarizability and β is a square polarizability. Although the assumption of small electric field is not always correct, the α and β parameters may nevertheless be used in the analysis of the polarizability properties of the compounds of the present invention. In the present invention, the method of increasing the induced polarization of the described compounds, and thus the method of increasing the linear polarizability α and the square polarizability β, is of particular interest. Such attention is caused by the dipole and quadrupole electric moment constants being neutralized with each other by the self-assembly of such conjugated molecules. The analysis depends on the magnitude of the average electrical density in the molecule, and the nonlinear polarizability depends on the magnitude of the inhomogeneity of the electrical density. It has also been shown that the non-central symmetric orientation of the electron donor and acceptor groups can lead to a strong non-linear response of the electrical polarization of the compound in the presence of an electric field. The effects of chemical structure on linear polarizability α and square polarizability β are shown in Table 1.

表1は、電子共役系上の電子供与基及び電子吸引基の配置が、分極率増加に重要であることを示している。更に、表1の構造は、分極率を強化するためにさらに変化されてもよい共役環系を示す。しかしながら、それらは、制限のない例であり、高い抵抗率を達成するため、追加の抵抗置換基(尾部)を必要とする。 Table 1 shows that the arrangement of electron donating groups and electron attracting groups on the electron conjugated system is important for increasing polarizability. In addition, the structures in Table 1 show conjugated ring systems that may be further modified to enhance polarizability. However, they are unrestricted examples and require additional resistance substituents (tails) to achieve high resistivity.

本発明の別の実施態様において、少なくとも一つの尾部置換基は、−(CH2)nCH3、−CH((CH2)nCH3)2)(nは1以上)、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、分岐アルキル、分岐アリール、環状アルキル基複合体、−X=CH(CH2)nCH3、−CC(CH2)nCH3、−X=C((CH2)nCH3)((CH2)mCH3)及びそれらの組み合わせを含むリストから独立に選択され、アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、i−ブチル基及びt−ブチル基から選択され、アリール基はフェニル基、ベンジル基及びナフチル基から選択され、XはC、S又はNであり、n及びmは1〜20から独立に選択される。本発明の更なる別の実施態様において、下の表2に示すように下記構造1〜26を有するYanLi材料から選択される。 In another embodiment of the invention, at least one tail substituent is − (CH 2 ) n CH 3 , −CH ((CH 2 ) n CH 3 ) 2 ) (n is 1 or greater), alkyl, aryl, and. Substituted alkyl, substituted aryl, branched alkyl, branched aryl, cyclic alkyl group complex, −X = CH (CH 2 ) n CH 3 , −CC (CH 2 ) n CH 3 , −X = C ((CH 2 ) n Selected independently from the list containing CH 3 ) ((CH 2 ) m CH 3 ) and combinations thereof, the alkyl group is from a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an i-butyl group and a t-butyl group. Selected, the aryl group is selected from phenyl, benzyl and naphthyl groups, X is C, S or N and n and m are independently selected from 1-20. In yet another embodiment of the invention, it is selected from YanLi materials having the following structures 1-26 as shown in Table 2 below.

記載された非線形コンデンサの一実施態様において、前記電圧Vintが、導関数
が増加する場合、最大電圧Vmaxに近づく。記載された非線形コンデンサの別の実施態様において、比(Vmax−Vint)/Vmaxは0.1未満である。記載された非線形コンデンサの更に別の態様において、電極上の電荷Qが電荷Qint=Q(Vint)及び最大電荷Qmax=Q(Vmax)の間の範囲で変化するまで(間に)電極に印加される電圧Vが、非線形コンデンサの充電/放電の間に、およそ一定であり、電圧Vint及び電圧Vmax間の範囲で変化する。記載された非線形コンデンサの別の実施態様において、有機化合物は、局所電場Elocの強度の一連の程度に分解の形式で記載されてもよい誘導分極Pindによって特徴づけられ:
ここでαは線形分極率であり、βは平方分極率である。
In one embodiment of the nonlinear capacitor described, the voltage V int is the derivative.
When increases, it approaches the maximum voltage V max . In another embodiment of the nonlinear capacitor described, the ratio (V max −V int ) / V max is less than 0.1. In yet another embodiment of the described non-linear capacitor, until the charge Q on the electrode changes in the range between charge Q int = Q (V int ) and maximum charge Q max = Q (V max ). The voltage V applied to the electrodes is approximately constant during charging / discharging of the non-linear capacitor and varies in the range between the voltage V int and the voltage V max . In another embodiment of the described non-linear capacitor, the organic compound is characterized by an inductive polarization Pind that may be described in the form of decomposition to a series of degrees of intensity of the local electric field E loc :
Where α is the linear polarizability and β is the square polarizability.

本発明は、上記のエネルギー貯蔵装置を提供する。 The present invention provides the above energy storage device.

本発明をより容易に理解するため、本発明の理解を助ける目的であるが、特許請求の範囲を限定する意図のない、下記図の参照を行う。 In order to understand the present invention more easily, the following figure is referred to for the purpose of assisting the understanding of the present invention, but without the intention of limiting the scope of claims.

図1は、コンデンサの電極上の電荷Q=C (V)・Vと電極に印加される電圧との関係を図式的に示す(曲線A参照)。電荷Qは、前記電圧Vが不等式0<V≦Vmaxを満たす場合、
の単調増加する多項式の従属により、電圧Vに非線形に依存し、ここで、電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、係数Qは、i次の電荷Qの非線形性、mは1、2、3、4、5、又は6であり、QmaxはQ(Vmax)を特徴づける。直線2は、電圧Vが最大電圧と等しい場合、すなわちV=Vmaxである場合、非線形従属Q(V)の接線である。この直線BはV=Vintの点で横軸と交差し、この電圧に相当する電荷はQint=Q(Vint)と等しい。下記比は、二つの電圧Vmax及びVintの間の差のために行われる。
FIG. 1 graphically shows the relationship between the charge Q = C (V) · V on the electrode of the capacitor and the voltage applied to the electrode (see curve A). The charge Q is when the voltage V satisfies the inequality 0 <V ≤ V max .
Due to the monotonously increasing polynomial dependence of, the voltage V depends non-linearly, where the voltage V max is the maximum working voltage not exceeding the insulation voltage V bd and is chosen for safety reasons and the coefficient Q i , I-th order charge Q non-linearity, m is 1, 2, 3, 4, 5, or 6, and Q max characterizes Q (V max ). The straight line 2 is a tangent to the nonlinear dependent Q (V) when the voltage V is equal to the maximum voltage, that is, when V = V max . This straight line B intersects the horizontal axis at the point of V = V int , and the charge corresponding to this voltage is equal to Q int = Q (V int ). The following ratios are made due to the difference between the two voltages V max and V int .

上記式から、差Vmax−Vintは、最大電圧Vmaxで非線形従属の勾配の増加と共に減少するという結果になる。コンデンサの充電/放電の間に、電圧Vは、電荷QがQmax及びQintの間で変化しながら、Vmax及びVintの間の間隔で変化する。 From the above equation, the difference V max −V int results in a decrease with increasing non-linear dependent gradient at the maximum voltage V max . During charging / discharging of the capacitor, the voltage V changes at intervals between V max and V int , while the charge Q changes between Q max and Q int .

本発明は、互いに平行に配置され、巻かれた又は平ら及び平面の二つの金属電極並びにこの電極の間の誘電層を含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、SharpポリマーNLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、上記の少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。 The present invention provides a non-linear capacitor that is arranged parallel to each other and contains two metal electrodes, rolled or flat and flat, and a dielectric layer between the electrodes. The dielectric layer comprises at least one organic compound having at least one electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core selected from copolymers, homopolymers, Sharp polymer NLSD compounds and combinations thereof.

非線形コンデンサは、図2Aに示すように、第一電極1、第二電極2、及び第一電極と第二電極との間に配置される誘電層3を含む。電極1及び2は、銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属、又は他の導電材料から作られもよく、一般的に平面の形態である。 As shown in FIG. 2A, the non-linear capacitor includes a first electrode 1, a second electrode 2, and a dielectric layer 3 arranged between the first electrode and the second electrode. Electrodes 1 and 2 may be made of a metal such as copper, zinc or aluminum, or other conductive material and are generally in planar form.

電極1、2は、平らで平面であり、互いに平行に配置される。別法として、電極は平面で平行であってもよく、平らである必要はなく、コイル状、巻かれる状態、湾曲状、折りたたまれた状態、又はコンデンサのすべての形態の因子を減少させる形の状態であってもよい。電極は、非−平ら、非−平面、若しくは非−平行又はそれら2つ以上の組み合わせである電極であってもよい。例示の目的で、制限する目的はないが、電極1、2の間の間隔は約100nmから約10000μmの範囲であってもよい。電極1、2の間の最大電圧Vbdは、破断電場Ebd及び電極間隔dのおよその積である。Ebdが0.1V/nmであり、電極1及び2の間隔dが10000μm(100000nm)である場合、最大電圧Vbdは100000ボルトであり得る。 Electrodes 1 and 2 are flat and flat and are arranged parallel to each other. Alternatively, the electrodes may be flat and parallel, not necessarily flat, in a coiled, rolled, curved, folded, or form that reduces factors in all forms of the capacitor. It may be in a state. The electrodes may be non-flat, non-planar, non-parallel, or a combination of two or more of them. For illustrative purposes and without limitation, the spacing between electrodes 1 and 2 may range from about 100 nm to about 10000 μm. The maximum voltage V bd between the electrodes 1 and 2 is the approximate product of the breaking electric field E bd and the electrode spacing d. If the E bd is 0.1 V / nm and the distance d between the electrodes 1 and 2 is 10000 μm (100,000 nm), the maximum voltage V bd can be 100,000 volts.

電極1、2は、互いに同じ形、同じ寸法、及び同じ面積Aであってもよい。例示する目的であり、限定する目的はないが、それぞれの電極1、2の面積Aは、約0.01m〜約1000mの範囲であってもよい。これらの範囲は限定されない。電極間隔d及び面積Aの他の範囲は、本発明の態様の範囲内である。 The electrodes 1 and 2 may have the same shape, the same dimensions, and the same area A as each other. The area A of each of the electrodes 1 and 2 may be in the range of about 0.01 m 2 to about 1000 m 2 for the purpose of exemplifying and not limiting. These ranges are not limited. Other ranges of electrode spacing d and area A are within the scope of aspects of the present invention.

本発明は、図2Bに表現されるように、たとえばコイル状の非線形コンデンサを含む。この例において、コンデンサ20は、第一電極21、第二電極22及び第一電極及び第二電極の間に配置される上述した種類の誘電材料層23を含む。電極21、22は銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属又は他の導電材料から作られてもよく、一般に平面の形状である。一実施において、電極及び誘電材料層23は、一緒にはさまれ、ポリプロピレン又はポリエステルなどの例えばプラスチックフィルムの分離材料と共にコイルにまかれる材料の長い一片の形態であり、電極21、22間の電気ショートを抑制する。 The present invention includes, for example, a coiled nonlinear capacitor, as shown in FIG. 2B. In this example, the capacitor 20 includes a first electrode 21, a second electrode 22, and a dielectric material layer 23 of the type described above arranged between the first and second electrodes. The electrodes 21 and 22 may be made of a metal such as copper, zinc or aluminum or other conductive material and are generally planar in shape. In one embodiment, the electrode and dielectric material layer 23 are in the form of a long piece of material that is sandwiched together and sown in a coil with a separating material of, for example, a plastic film, such as polypropylene or polyester, and the electricity between the electrodes 21, 22 Suppress short circuit.

図3は、標準材料(D)とコポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を有する誘電層の材料(F)とに関して、装置に含まれる電圧(V)に対する電極に蓄積される電荷(Q)の従属(Q−Vプロット)を示す。 FIG. 3 shows at least one organic having at least one electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core selected from standard material (D) and copolymers, homopolymers, Sharp polymers, NLSD compounds and combinations thereof. The dependence (QV plot) of the charge (Q) accumulated on the electrode with respect to the voltage (V) contained in the apparatus is shown with respect to the material (F) of the dielectric layer having the compound.

図3を参照すると、例となる装置中に貯蔵される総エネルギーは、例えば、(a)装置の電極を超えた最大達成可能な電圧、Vmax、(b)この電圧で装置の電極上に貯蔵される電荷、Qmax及び/又は(c)装置に関するQ−V曲線の形成に依存し得る。一般に、装置内に貯蔵される総エネルギー、Eは、式(I)によって与えられる。
Referring to FIG. 3, the total energy stored in the exemplary device is, for example, (a) the maximum achievable voltage beyond the electrodes of the device, V max , (b) on the electrodes of the device at this voltage. It may depend on the stored charge, Q max and / or the formation of a QV curve for the device (c). Generally, the total energy stored in the device, E, is given by equation (I).

制限しないが、装置中に貯蔵されるエネルギー(及びエネルギー密度)は、少なくとも下記3つの方法で増加させてもよい:破断電圧の増加、高次の誘電層の誘電材料の誘電率εの増加、及びQ−V曲線下の面積の増加。 Without limitation, the energy (and energy density) stored in the device may be increased in at least three ways: increasing breaking voltage, increasing dielectric constant ε of the dielectric material of higher order dielectric layers, And the increase in area under the QV curve.

最大電圧Vmaxは、装置により支持され得る最大電圧、すなわち、破断電圧Vbdによって制限され得る。Vmaxが増加するように設計された装置は、破断電圧Vbdを増加させ得る。 The maximum voltage V max can be limited by the maximum voltage that can be supported by the device, i.e. the breaking voltage V bd . A device designed to increase V max can increase the breaking voltage V bd .

一般に、装置中に貯蔵されるエネルギーは、図3に示すようなプロットにおけるQ−V曲線下の面積と等しい。大部分の材料にとって、電気容量は、Q(すなわち図3中の点線「D」によって示されるようなV(Q)=Q/C)に依存せず、装置中に貯蔵されるエネルギーは式(II)によって与えられる。
In general, the energy stored in the device is equal to the area under the QV curve in the plot as shown in FIG. For most materials, the electrical capacity does not depend on Q (ie V (Q) = Q / C as indicated by the dotted line "D" in FIG. 3) and the energy stored in the device is the equation (ie). Given by II).

CがQに依存する場合、図3中の曲線の形態は、最大C*Vmax 2の貯蔵エネルギーの増加を可能にしてもよく、大部分の材料に関して2倍の貯蔵エネルギーである。 If C depends on Q, the shape of the curve in FIG. 3 may allow an increase in stored energy up to C * V max 2 , which is twice the stored energy for most materials.

Q−V曲線下の面積は、Vに対する誘電率の非線形従属する誘電材料を含むことによって増加されてもよい。 The area under the QV curve may be increased by including a dielectric material that is non-linearly dependent on the permittivity with respect to V.

図2A又は図2B中に示される種類の1以上のコンデンサは、エネルギー貯蔵電池中で使用されてもよい。例示の目的であって、限定する目的はない図4では、図2Bで示される種類の、例えば1以上のコンデンサ20の容量性のエネルギー貯蔵装置を含むエネルギー貯蔵電池40の可能な実施が、DC電圧変換装置41と連結される。一つの高次コンデンサが単純に描写されているが、他の実施において、様々な種類に関するコンデンサネットワーク及び/又は並列の組み合わせ中の2、又は3又はそれ以上の高次コンデンサの容量性のエネルギー貯蔵電池40の組み合わせが、電圧変換装置41に連結されてもよい。 One or more capacitors of the type shown in FIG. 2A or FIG. 2B may be used in an energy storage battery. In FIG. 4, for purposes of illustration and not limiting, a possible implementation of an energy storage battery 40 of the type shown in FIG. 2B, including, for example, a capacitive energy storage device of one or more capacitors 20, DC. It is connected to the voltage converter 41. One high-order capacitor is simply depicted, but in other practices, the capacitive energy storage of two or three or more high-order capacitors in a combination of capacitor networks and / or parallels for various types. The combination of batteries 40 may be connected to the voltage converter 41.

更に別の実施において、容量性のエネルギー貯蔵電池40は冷却装置42を更に含んでもよい。いくつかの実施において、冷却は、容量性のエネルギー貯蔵装置40及びDC電圧変換装置41上に例えば、放射冷却羽根を使用して受動的であってもよい。別法として、空気、水又はエチレングリコールなどの流体が、積極冷却系において冷却剤として使用され得る。例示する目的であり、制限する目的はないが、冷却系30は、容量性のエネルギー貯蔵装置20及びDC電圧変換装置41に接触した熱導管を含んでもよい。導管は、固体、液体又はガスであってもよい、熱交換媒体で満たされる。いくつかの実施において、冷却機構は、熱交換媒体から抽出される熱に構成される熱交換器44を含んでもよい。他の実施において、冷却機構41は、容量性のエネルギー貯蔵装置20及びDC−電圧変換装置41上の冷却羽根の形態での導管を含み、熱交換媒体は、例えば送風機によって、冷却羽根から吹かれる空気である。本発明の別の実施態様において、熱交換器44は、冷却を行うために構成される相変化熱パイプを含んでもよい。相変化熱パイプによって行われる冷却は、相変化材料の(例えば氷若しくは他の固体の融解を使用して)固体から液体への相変化、又は(例えば水若しくはアルコールの揮発によって)液体から気体への相変化に関してもよい。更に他の実施において、導管又は熱交換機44は、パラフィンワックスなどの固体から液体に相変化する材料を含む容器を含んでもよい。 In yet another embodiment, the capacitive energy storage battery 40 may further include a cooling device 42. In some practices, cooling may be passive using, for example, radiative cooling vanes on the capacitive energy storage device 40 and the DC voltage converter 41. Alternatively, a fluid such as air, water or ethylene glycol can be used as a coolant in the active cooling system. For purposes of illustration and not limiting, the cooling system 30 may include a heat conduit in contact with the capacitive energy storage device 20 and the DC voltage converter 41. The conduit is filled with a heat exchange medium, which may be solid, liquid or gas. In some practices, the cooling mechanism may include a heat exchanger 44 composed of heat extracted from the heat exchange medium. In another embodiment, the cooling mechanism 41 includes a conduit in the form of cooling blades on the capacitive energy storage device 20 and the DC-voltage converter 41, and the heat exchange medium is blown from the cooling blades, for example by a blower. It's air. In another embodiment of the invention, the heat exchanger 44 may include a phase change heat pipe configured to provide cooling. The cooling performed by the phase change thermal pipe is a solid to liquid phase change of the phase change material (eg using melting of ice or other solid), or a liquid to gas (eg by volatilization of water or alcohol). It may be about the phase change of. In yet other embodiments, the conduit or heat exchanger 44 may include a container containing a material that undergoes a solid-to-liquid phase change, such as paraffin wax.

本発明の態様として、例えば図5に示すような、容量性のエネルギー貯蔵モジュール50である。示された例において、エネルギー貯蔵モジュール50は、上述した種類の2以上のエネルギー貯蔵電池40を含む。それぞれのエネルギー貯蔵電池は、1以上のコンデンサ48及び、バック変換器、ブースト変換器、又はバック/ブースト変換器であってもよい、DC−電圧変換器41を有する、容量性のエネルギー貯蔵装置46を含む。加えて、それぞれのモジュールは、例えば、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、結合プログラム可能論理回路(CPLD)、閉ループ制御プロセス実行能力及び(任意選択で)通信インターフェイスの適切な論理回路、並びに、例えば、流入電圧Vin及び流出電圧Voutに関する電圧センサーV、容量性のエネルギー貯蔵装置46へ/からの電流Isd及び/又はDC−電圧変換装置41へ/からの電流Ivcに関する電流センサーA、容量性のエネルギー貯蔵装置及び/又はDC−電圧変換装置上の温度センサーの、DC電圧変換装置41上のセンサーと連結されるアナログからデジタル変換器を含む制御盤49を含んでもよい。いくつかの実施において、制御盤49は、DC−電圧変換装置41に統合されてもよい。DC−電圧変換装置41は、バックレギュレーター、ブーストレギュレーター、分離した流入/流出でのバック及びブーストレギュレーター、双方向のブースト/バックレギュレーター又はスプリット−パイ(split-pi)変換器を含んでもよく、制御盤49は、安定な流入電圧を維持しながら、おおよそ一定の電流でコンデンサを放電及び/又は充電する間、DC−電圧変換装置から一定の流出電圧Voutを維持するように構成されてもよい。DC−電圧変換装置41及び制御盤49は、所望の範囲で電圧を維持するように構成されてもよい。例示する目的で、限定する目的はないが、制御盤49は、双方向のバック/ブースト変換器に関するコントローラーに基づいてもよい。そのような配置において、制御盤59は、適切な制御ループを形成する暗号によりDC−電圧変換装置の流出電圧を安定化する。可能な制御ループの一例は、米国特許出願20170237271号に記載されており、本明細書内に参照して援用される。 As an aspect of the present invention, for example, a capacitive energy storage module 50 as shown in FIG. In the example shown, the energy storage module 50 includes two or more energy storage batteries 40 of the type described above. Each energy storage battery is a capacitive energy storage device 46 having one or more capacitors 48 and a DC-voltage converter 41, which may be a back converter, boost converter, or back / boost converter. including. In addition, each module has, for example, a microprocessor, a microcontroller, an application-specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), a coupled programmable logic circuit (CPLD), and the ability to execute closed-loop control processes. and appropriate logic circuitry (optionally) a communication interface, as well as, for example, inflow voltage V in and out voltage V out related to the voltage sensor V, current from / to the capacitive energy storage device 46 I sd and / or DC Current sensor A for current I vc from / to voltage converter 41, capacitive energy storage and / or temperature sensor on DC-voltage converter, analog coupled with sensor on DC voltage converter 41 A control panel 49 including a digital converter may be included. In some practices, the control panel 49 may be integrated into the DC-voltage converter 41. The DC-voltage converter 41 may include a back regulator, a boost regulator, a separate inflow / outflow back and boost regulator, a bidirectional boost / back regulator or a split-pi converter and controls. The board 49 may be configured to maintain a constant outflow voltage V out from the DC-voltage converter while discharging and / or charging the capacitor with an approximately constant current while maintaining a stable inflow voltage. .. The DC-voltage converter 41 and the control panel 49 may be configured to maintain the voltage within a desired range. For purposes of illustration and without limitation, the control panel 49 may be based on a controller for a bidirectional back / boost transducer. In such an arrangement, the control panel 59 stabilizes the outflow voltage of the DC-voltage converter with a code that forms an appropriate control loop. An example of a possible control loop is described in US Pat. No. 2,017,237,271, which is incorporated herein by reference.

制御盤49の操作の仕様は、DC−電圧変換装置41に使用されるバック/ブースト変換機の種類に多少依存する。例えば、バック/ブースト変換器は、流入電圧Vinに連結された流入側及びコイルの一面、地面又は共通電圧に連結された他の面に連結された流出側とのハイサイドスイッチを有する単一のスイッチ変換器であってもよい。コンデンサは、流出電圧Voutを横切って連結される。パルス状のスイッチ信号は、オン及びオフのスイッチを変える。流出電圧は、信号をスイッチする負荷サイクルに依存する。例示する目的で、スイッチは、例えば、MOSFET装置、堆積(stacked)MOSFET装置、IGCT装置、高ドレイン−ソース電圧SicMOSFET装置などの、エネルギー貯蔵電に関するDC−電圧変換器の電圧及び/又は電流要求に依存する、門の(gated)スイッチ装置として埋め込まれてもよい。門のスイッチ装置の場合において、制御盤は、スイッチ装置の門の端子に信号を提供する。制御盤49は、この種類のバック/ブースト変換器を行使し、スイッチ信号の負荷サイクルを調製することによって降圧(バック)又は昇圧(ブースト)する。 The operation specifications of the control panel 49 depend somewhat on the type of back / boost converter used in the DC-voltage converter 41. For example, buck / boost converter, a surface of the inflow voltage inflow side and the coil connected to the V in, single with high-side switch of the outlet side which is connected on the other side which is connected to ground or common voltage It may be a switch converter of. Capacitors are coupled across the outflow voltage V out . The pulsed switch signal changes the on and off switches. The outflow voltage depends on the load cycle that switches the signal. For illustration purposes, the switch is used for voltage and / or current requirements of DC-voltage converters for energy storage, such as MOSFET equipment, stacked MOSFET equipment, IGCT equipment, high drain-source voltage Sic MOSFET equipment, etc. It may be embedded as a dependent, gated switch device. In the case of a gate switch device, the control panel provides a signal to the gate terminals of the switch device. The control panel 49 exercises this type of back / boost transducer to step down (back) or boost (boost) by adjusting the load cycle of the switch signal.

モジュール50は、個々のエネルギー貯蔵電池のアノード及びカソードを結合する相互連結系を含み、容量性のエネルギー貯蔵モジュールの一般的なアノード及び一般的なカソードを創る。いくつかの実施において、相互連結系は、パラメーターバス52及び電力スイッチPSWを含んでもよい。モジュール50内のそれぞれのエネルギー貯蔵電池40は、電力スイッチPSWを経由してパラメーターバス52に連結されてもよい。これらのスイッチは、一般的なアノード及び一般的なカソードとして役に立ち得る、2以上のレールを経由して、並列又は直列で選択的に連結される2以上のモジュールを可能にする。電力スイッチは、モジュールから分離された1以上のエネルギー貯蔵電池も可能にし、例えば、モジュールの遮断操作なしで、電池の重複性及び/又は維持を可能にする。電力スイッチPSWは、固体状態の電力スイッチ技術に基づいてもよく、電気化学スイッチ(例えばリレー)又はその二つのいくつかの組み合わせによって実行されてもよい。 The module 50 includes an interconnect system that connects the anode and cathode of the individual energy storage batteries, creating a general anode and general cathode for the capacitive energy storage module. In some implementations, the interconnect system may include a parameter bus 52 and a power switch PSW. Each energy storage battery 40 in the module 50 may be connected to the parameter bus 52 via the power switch PSW. These switches allow for two or more modules that are selectively coupled in parallel or in series via two or more rails, which can serve as general anodes and general cathodes. The power switch also allows for one or more energy storage batteries separated from the module, eg, battery duplication and / or maintenance without module shutoff operation. The power switch PSW may be based on solid-state power switch technology or may be performed by an electrochemical switch (eg, a relay) or some combination of the two.

いくつかの実施において、エネルギー貯蔵モジュール50は、電力メーター54を更に含み、モジュールへの電力流入又は流出を監視する。いくつかの実施において、エネルギー貯蔵モジュールは、ネットワーク化された設定される制御ノード55を更に含み、モジュールからの電力流出及びモジュールへの電力流入を制御する。ネットワーク化された制御ノード55は、それぞれのモジュールが、高速ネットワークを通じて、システム制御コンピューターと情報交換することを可能にする。ネットワーク化された制御ノード55は、設定される電圧制御論理回路56を含み、例えば、個別の制御盤49を経由して、それぞれのエネルギー貯蔵電池40内のそれぞれの電圧コントローラー41の操作を選択的に制御する。制御ノード55は、設定されたスイッチ制御論理回路57も含んでもよく、電力スイッチPSWの操作を制御する。制御盤49及び電力スイッチPSWは、データバス58を経由して制御ノード55に連結されてもよい。ネットワーク化された制御ノード55内の電圧制御及びスイッチ論理回路は、1以上のマイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、又は結合プログラム可能論理回路(CPLD)によって実行されてもよい。制御ノード55は、ネットワークインターフェース59を含んでもよく、個々のエネルギー貯蔵電池40上の、電圧制御論理回路57及び制御盤49の間の信号の輸送を促進し、データバス58を経由して、スイッチ論理回路56及び電力スイッチPSW間の信号の輸送もする。 In some implementations, the energy storage module 50 further includes a power meter 54 to monitor power inflows or outflows into the module. In some implementations, the energy storage module further includes a networked configured control node 55 to control power outflows from the module and power inflows into the module. The networked control nodes 55 allow each module to exchange information with the system control computer over a high speed network. The networked control node 55 includes a voltage control logic circuit 56 to be set, and selectively operates each voltage controller 41 in each energy storage battery 40, for example, via a separate control panel 49. To control. The control node 55 may also include the set switch control logic circuit 57, and controls the operation of the power switch PSW. The control panel 49 and the power switch PSW may be connected to the control node 55 via the data bus 58. The voltage control and switch logic circuits within the networked control node 55 can be one or more microprocessors, microcontrollers, application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), or coupling programmable. It may be executed by a logic circuit (CPLD). The control node 55 may include a network interface 59, facilitating the transport of signals between the voltage control logic 57 and the control panel 49 on the individual energy storage batteries 40 and switching via the data bus 58. It also transports signals between the logic circuit 56 and the power switch PSW.

本発明の更なる別の態様によると、容量性のエネルギー貯蔵システムは、例えば、図6に示す種類の2以上のネットワーク化された容量性のエネルギー貯蔵モジュールを含んでもよい。そのような容量性のエネルギー貯蔵システム60の一実施態様は、図6に示される。システム60は、図5に示される種類の2以上のエネルギー貯蔵モジュール50を含む。それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュール50は、例えば、相互連結系52によって連結され、制御ノード55によって制御された、図4に示される種類の、2以上のエネルギー貯蔵電池40を含む。それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュールは、モジュール電力メーター54も含んでもよい。図6に示されないが、それぞれの制御ノード55は、電圧制御論理回路56を含んでもよく、個々の容量性のエネルギー貯蔵電池40及びスイッチ論理回路57内の電圧コントローラーを制御し、上記のようなモジュールで内部電力スイッチを制御する。加えて、それぞれの制御ノード55は、内部データバス58及びネットワークインターフェース59を含み、上記の様に設置され連結されてもよい。容量性のエネルギー貯蔵モジュール50への及びからの電力は、システム電力スイッチSPSWを経由してシステム電力バス62へ連結され、固体状態の電力スイッチ技術に基づくか、あるいは電気化学スイッチ(例えばリレー)又はその2つのいくつかの組み合わせによって実行されてもよい。いくつかの実施において、それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュール50及びシステム電力バス62間の連結されるインバーター(示していない)があってもよく、モジュールからのDC電力をAC電力へ、又は逆に変換する。 According to yet another aspect of the invention, the capacitive energy storage system may include, for example, two or more networked capacitive energy storage modules of the type shown in FIG. One embodiment of such a capacitive energy storage system 60 is shown in FIG. The system 60 includes two or more energy storage modules 50 of the type shown in FIG. Each capacitive energy storage module 50 includes, for example, two or more energy storage batteries 40 of the type shown in FIG. 4, connected by an interconnect system 52 and controlled by a control node 55. Each capacitive energy storage module may also include a module electricity meter 54. Although not shown in FIG. 6, each control node 55 may include a voltage control logic circuit 56, which controls a voltage controller in each capacitive energy storage battery 40 and switch logic circuit 57, as described above. The module controls the internal power switch. In addition, each control node 55 includes an internal data bus 58 and a network interface 59, which may be installed and connected as described above. Power to and from the capacitive energy storage module 50 is connected to the system power bus 62 via the system power switch SPSW and is based on solid state power switch technology or an electrochemical switch (eg relay) or It may be performed by some combination of the two. In some implementations, there may be an inverter (not shown) connected between the respective capacitive energy storage modules 50 and system power bus 62, and DC power from the modules to AC power and vice versa. Convert.

システム60は、システムデータバス68に連結されるシステムコントローラー66を含む。システムコントローラーは、スイッチ制御論理63、電圧制御論理61、及びシステムネットワークインターフェース64を含んでもよい。電圧制御論理60は、個々のモジュール50の個々の電池40内の、個々のDC−電圧コントローラーの操作を制御するように設定されてもよい。スイッチ制御論理63は、個々の容量性のエネルギー貯蔵モジュール50内の、システム電力スイッチSPSW及び電力スイッチPSWの操作を制御するように設定されてもよい。電力制御信号は、電力制御論理63から、特定のモジュール、モジュールデータバス68、及び個々の電池50の制御盤59に関する制御ノード46の、ネットワークインターフェース64、システムデータバス68、モジュールネットワークインターフェース69を通じて、特定の容量性のエネルギー貯蔵モジュールの特定の容量性のエネルギー貯蔵電池40内の特定のDC制御装置41に送られてもよい。 The system 60 includes a system controller 66 connected to the system data bus 68. The system controller may include a switch control logic 63, a voltage control logic 61, and a system network interface 64. The voltage control logic 60 may be configured to control the operation of individual DC-voltage controllers within the individual batteries 40 of the individual modules 50. The switch control logic 63 may be configured to control the operation of the system power switch SPSW and the power switch PSW within the individual capacitive energy storage modules 50. The power control signal is transmitted from the power control logic 63 through the network interface 64, the system data bus 68, and the module network interface 69 of the control node 46 with respect to the specific module, the module data bus 68, and the control panel 59 of each battery 50. It may be sent to a specific DC controller 41 in a specific capacitive energy storage battery 40 of a specific capacitive energy storage module.

例示する目的であり、制限する目的はないが、システムコントローラー66は、決定論的なコントローラー、非同期式のコントローラー、又は分散されたクロックを有するコントローラーであってもよい。容量性のエネルギー貯蔵システム60の、特定の一実施態様において、システムコントローラー66は、設定される分散されたクロックを含んでもよく、1以上の容量性のエネルギー貯蔵モジュール50の1以上の容量性のエネルギー貯蔵電池内の、いくつかの独立の電圧変更装置の動きを同期させる。 For purposes of illustration and not limiting, the system controller 66 may be a deterministic controller, an asynchronous controller, or a controller with a distributed clock. In a particular embodiment of the capacitive energy storage system 60, the system controller 66 may include a distributed clock set and one or more of the capacitive energy storage modules 50 of one or more. Synchronize the movement of several independent voltage changers in the energy storage battery.

本発明の態様は、従来の電気エネルギー貯蔵システムで可能なものより大きな規模で電気エネルギー貯蔵を可能にする。広範囲のエネルギー貯蔵は、DC−電圧変換装置で1以上のコンデンサを、電池に選択的に連結させ、2以上の電池をモジュールに連結させ、又は2以上のモジュールをシステムに連結させることにより満たされ得る。 Aspects of the present invention allow for electrical energy storage on a larger scale than is possible with conventional electrical energy storage systems. Extensive energy storage is met by selectively connecting one or more capacitors to a battery, connecting two or more batteries to a module, or connecting two or more modules to a system in a DC-voltage converter. obtain.

本発明は特定の好ましい実施態様を参照して詳細に記載したが、本発明が関係する当業者は、様々な変更及び強化が、つづく特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱しないで実施されてもよいことを認識するだろう。好ましい又は好ましくない特性は、好ましい又は好ましくない別の特性と組み合わされてもよい。本明細書内で記載される発明の実施態様の様々な代替手段は、本発明の実施において使用され得ることが理解される。下記特許請求の範囲は、本発明の範囲、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造、並びにそれらに包含される同等なものを定義することを目的とする。 Although the present invention has been described in detail with reference to certain preferred embodiments, those skilled in the art relating to the present invention have made various changes and enhancements without departing from the gist and scope of the subsequent claims. You will recognize that it is also good. The preferred or unfavorable properties may be combined with other preferred or unfavorable properties. It is understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein can be used in the practice of the invention. The following claims are intended to define the scope of the invention, the methods and structures within the scope of these claims, and the equivalents contained therein.

1:電極
2:電極
3:誘電層
20:コンデンサ
21:第一電極
22:第二電極
23:誘電材料層
40:容量性のエネルギー貯蔵電池
41:DC電圧変換装置
42:冷却装置
43:制御盤
44:熱交換器
46:容量性のエネルギー貯蔵装置
48:コンデンサ
49:制御盤
50:エネルギー貯蔵モジュール
52:パラメーターバス
53:制御盤
54:電力メーター
55:制御ノード
56:電圧論理回路
57:スイッチ論理回路
58:データバス
59:ネットワークインターフェース
60:エネルギー貯蔵システム
61:電圧制御論理
62:システム電力バス
63:スイッチ制御論理
64:ネットワークインターフェース
66:システムコントローラー
68:システムデータバス
1: Electrode 2: Electrode 3: Dielectric layer 20: Capacitor 21: First electrode 22: Second electrode 23: Dielectric material layer 40: Capacitive energy storage battery 41: DC voltage converter 42: Cooling device 43: Control panel 44: Heat exchanger 46: Capacitive energy storage device 48: Capacitor 49: Control panel 50: Energy storage module 52: Parameter bus 53: Control panel 54: Power meter 55: Control node 56: Voltage logic circuit 57: Switch logic Circuit 58: Data bus 59: Network interface 60: Energy storage system 61: Voltage control logic 62: System power bus 63: Switch control logic 64: Network interface 66: System controller 68: System data bus

Claims (15)

第一電極、第二電極、及び前記第一電極と前記第二電極との間に配置される誘電層を含む、非線形コンデンサであって、
前記誘電層が、コポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含み、
コンデンサの容量Cと前記第一電極及び前記第二電極間の電圧Vとの関係が、前記電圧Vが不等式0<V≦Vmaxを満たす場合、
の単調増加する多項式の従属により特徴づけられ、
前記電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、指数iは2〜mの範囲である場合、少なくとも一つの係数Ciは0ではなく、mは2、3、4、5、又は6である、非線形コンデンサ。
A non-linear capacitor comprising a first electrode, a second electrode, and a dielectric layer disposed between the first electrode and the second electrode.
The dielectric layer comprises at least one organic compound having at least one electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core selected from copolymers, homopolymers, Sharp polymers, NLSD compounds and combinations thereof.
When the relationship between the capacitance C of the capacitor and the voltage V between the first electrode and the second electrode satisfies the inequality 0 <V ≤ V max .
Characterized by the monotonically increasing polynomial dependence of
The voltage V max is the maximum working voltage that does not exceed the insulation voltage V bd , is selected for safety reasons, and when the exponent i is in the range 2 to m, at least one coefficient C i is not 0. m is a non-linear capacitor of 2, 3, 4, 5, or 6.
電圧の使用範囲がVintからVmaxであって、
Vintが、V=Vmaxとなる点における、従属Q(V)=C(V)・Vに対する接線である直線と横軸との交点により決定され、電圧Vmax及びVint間の差は下記比により定義される、請求項1に記載の非線形コンデンサ。
The voltage range is from V int to V max ,
The difference between the voltages V max and V int is determined by the intersection of the horizontal axis and the straight line that is the tangent to the dependent Q (V) = C (V) · V at the point where V int becomes V = V max. The non-linear capacitor according to claim 1, defined by the following ratio.
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、双極子及びπ−π相互作用により互いに作用し、分子スタックを形成し、
前記有機化合物が、ポリマー骨格又は共役Sharp及びNLSD分子化合物に結合する、アルキル尾部置換基を更に含み、
前記アルキル尾部置換基が、疎水性相互作用により互いに作用し、分子スタックを取り巻いて分離する覆いも形成し、有機化合物の溶解性を提供し、前記コンデンサの電極に印加される前記使用電圧での前記誘電層の電子なだれ絶縁を起きないようにする、
請求項1に記載の非線形コンデンサ。
The electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated cores interact with each other by dipole and π-π interactions to form a molecular stack.
The organic compound further comprises an alkyl tail substituent that binds to the polymeric backbone or conjugated Sharp and NLSD molecular compounds.
The alkyl tail substituents interact with each other by hydrophobic interaction to form a covering that surrounds and separates the molecular stack, providing solubility of the organic compound and at the working voltage applied to the electrodes of the capacitor. Preventing electron avalanche insulation of the dielectric layer,
The non-linear capacitor according to claim 1.
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、リンカー基と結合したベンゼン環を含み、下記式により記載される、請求項1に記載の非線形コンデンサ。
(ここで、Lは−N=N−、−CC−(アルキン)、及び−C=C−から選択されるリンカー基であり、n=0、1、2、3、4、5及び6である)
The non-linear capacitor according to claim 1, wherein the electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core contains a benzene ring bonded to a linker group and is described by the following formula.
(Here, L is a linker group selected from −N = N−, −CC− (alkyne), and −C = C−, at n = 0, 1, 2, 3, 4, 5 and 6. is there)
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、末端及び/又は側(横)面に位置する求電子基(アクセプター)及び/又は求核基(ドナー)を更に含む、請求項1に記載の非線形コンデンサ。 Claim 1 wherein the electrically polarizable aromatic polycyclic conjugated core further comprises an electrophilic group (acceptor) and / or a nucleophilic group (donor) located on the terminal and / or side (lateral) planes. The non-linear capacitor described. 前記求電子基(アクセプター)が、−NO、−NH +、及び−NRR’R”(四級窒素塩)、カウンターイオンCl又はBr、−CHO(アルデヒド)、−CRO(ケト基)、−SOH(スルホン酸)、−SOR(スルホネート)、−SONH(スルホンアミド)、−COOH(カルボン酸)、−COOR(エステル、カルボン酸側から)、−COCl(カルボン酸塩化物)、−CONH(アミド、カルボン酸側から)、−CF、−CCl、並びに−CNから選択され、
Rは、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど)、アリル(−CH−CH=CH)、ベンジル(CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)及び他のアリール(芳香族)基を含むリストから選択される基であり、R’及びR”はR基のリストから独立に選択される、請求項5に記載の非線形コンデンサ。
The electrophilic group (acceptor) is, -NO 2, -NH 3 +, and -NRR'R "(quaternary nitrogen salts), the counter ion Cl - or Br -, -CHO (aldehyde), - CRO (keto group ), -SO 3 H (sulfonic acid), -SO 3 R (sulfonate), -SO 2 NH 2 (sulfonic amide), -COOH (carboxylic acid), -COOR (ester, from the carboxylic acid side), -COCl ( Carboxylic acid chloride), -CONH 2 (amide, from the carboxylic acid side), -CF 3 , -CCl 3 , and -CN
R is alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (CH 2 C 6 H 5 ) group, phenyl (+ substituted phenyl) The nonlinear capacitor according to claim 5, wherein the group is selected from a list containing and other aryl (aromatic) groups, where R'and R "are independently selected from the list of R groups.
前記求核基(ドナー)が、−O(−ONa又は−OKなどのフェノキシド)、−NH、−NHR、−NR、−OH、OR(エーテル)、−NHCOR(アミド、アミン側から)、−OCOR(エステル、アルコール側から)、アルキル、−CH、ビニル、及びNRR’から選択され、
R及びR’は、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど)、アリル(−CH−CH=CH)、ベンジル(CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)及び他のアリール(芳香族)基を含むリストから独立に選択される基である、請求項5に記載の非線形コンデンサ。
It said nucleophile (donor) is, -O - (phenoxide such -ONa or -OK), - NH 2, -NHR , -NR 2, -OH, OR ( ether), - NHCOR (amide, amine side ), -OCOR (from the ester, alcohol side), alkyl, -C 6 H 5 , vinyl, and NRR',
R and R'are alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (CH 2 C 6 H 5 ) groups, phenyl (+). The nonlinear capacitor according to claim 5, which is a group independently selected from the list containing substituted phenyl) and other aryl (aromatic) groups.
少なくとも一つの尾部置換基が、−(CH2)nCH3、−CH((CH2)nCH3)2)(nは1以上)、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、分岐アルキル、分岐アリール、環状アルキル基複合体、−X=CH(CH2)nCH3、-CC(CH2)nCH3、−X=C((CH2)nCH3)((CH2)mCH3)及びそれらの組み合わせを含むリストから独立に選択され、
前記アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、i−ブチル基及びt−ブチル基から選択され、前記アリール基はフェニル基、ベンジル基及びナフチル基から選択され、XはC、S又はNであり、n及びmは1〜20から独立に選択される、請求項3に記載の非線形コンデンサ。
At least one tail substituent is − (CH 2 ) n CH 3 , −CH ((CH 2 ) n CH 3 ) 2 ) (n is 1 or more), alkyl, aryl, substituted alkyl, substituted aryl, branched alkyl, Branched aryl, cyclic alkyl group complex, −X = CH (CH 2 ) n CH 3 , -CC (CH 2 ) n CH 3 , −X = C ((CH 2 ) n CH 3 ) ((CH 2 ) m Selected independently from the list containing CH 3 ) and combinations thereof
The alkyl group is selected from methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, i-butyl group and t-butyl group, the aryl group is selected from phenyl group, benzyl group and naphthyl group, and X is C, S. Or N, where n and m are independently selected from 1 to 20, the non-linear capacitor according to claim 3.
前記コポリマーが下記構造1〜26を有するYanLi材料から選択される、請求項1に記載の非線形コンデンサ。
The nonlinear capacitor of claim 1, wherein the copolymer is selected from YanLi materials having structures 1-26 below.
前記電圧Vintが、前記導関数
が増加する場合、前記最大電圧Vmaxに近づく、請求項2に記載の非線形コンデンサ。
The voltage V int is the derivative
The nonlinear capacitor according to claim 2, wherein when the voltage increases, the maximum voltage V max is approached.
比(Vmax−Vint)/Vmaxが0.1未満である、請求項2に記載の非線形コンデンサ。 The nonlinear capacitor according to claim 2, wherein the ratio (V max −V int ) / V max is less than 0.1. 前記電極上の前記電荷Qが電荷Qint=Q(Vint)及び最大電荷Qmax=Q(Vmax)の間の範囲で変化するまで(間に)電極に印加される前記電圧が、コンデンサの充電/放電の間に、およそ一定であり、電圧Vint及び電圧Vmax間の範囲で変化する、請求項2に記載の非線形コンデンサ。 The voltage applied to the electrode (in between) until the charge Q on the electrode changes in the range between charge Q int = Q (V int ) and maximum charge Q max = Q (V max ) is the capacitor. The non-linear capacitor according to claim 2, which is approximately constant during charging / discharging and varies in the range between voltage V int and voltage V max . 前記有機化合物が、局所電場Elocの強度の一連の程度に分解で近似される誘導分極Pindによって特徴づけられる、請求項1に記載の非線形コンデンサ。
(αは線形分極率、βは平方分極率)
The non-linear capacitor according to claim 1, wherein the organic compound is characterized by an inductive polarization Pind that is approximated by decomposition to a series of degrees of intensity of the local electric field E loc .
(Α is linear polarizability, β is square polarizability)
電圧に対して電気容量がべき乗で従属する請求項1に記載の非線形コンデンサを含み、Vmax200ボルトからVmax1000ボルトの範囲の電圧でパワーエレクトロニクスを使用する、エネルギー貯蔵装置。 An energy storage device comprising the non-linear capacitor according to claim 1, wherein the electric capacity is power dependent on the voltage, and using power electronics at a voltage in the range of V max 200 volts to V max 1000 volts. 電圧に対して電気容量がべき乗で従属する請求項1に記載の非線形コンデンサを含み、パワーエレクトロニクスを使用し、1000ボルトより大きいVmax電圧で動作する、エネルギー貯蔵装置。 An energy storage device comprising the non-linear capacitor according to claim 1, wherein the electrical capacity is power dependent on the voltage, using power electronics, and operating at a V max voltage greater than 1000 volts.
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